Расчет токовой отсечки

Токовая отсечка (далее - ТО) является разновидностью токовых защит быстрого действия. Отличительной особенностью этого вида защит можно назвать способ обеспечения селективности, который заключается в отстройке ступеней срабатывания по величине максимального тока КЗ. Среди ТО различают устройства с выдержкой времени и моментального действия.

Еще одним отличительным признаком ТО от максимальных токовых защитможно назвать то, что они действуют строго в пределах защищаемого участка, тогда как МТЗ резервирует последующие участки.

Если выражение «работала 1 или 2 ступень МТЗ» приходится слышать часто, то про токовую отсечку такого не услышишь вовсе. ТО не должна срабатывать при повреждениях на смежных участках, где действуют защиты с таким же или с большим на ступень селективности временем срабатывания.

Для этого Iсз должен быть больше максимально возможного тока КЗ Ik(M), в конце защищаемого участка за пределами которого, защита работать не должна (рисунок 1).

Такой способ обеспечения селективной работы ТО основан на величине тока КЗ, который пропорционален ЭДС системы, и обратно пропорционален сопротивлению участка линии до точки КЗ:

Iкз=Eс/(Xc+XL);

где Ес – эквивалентная электродвижущая сила генераторов системы;
Хс и XL – сопротивление системы и индуктивное сопротивление участка линии до места повреждения; активное сопротивление проводов в расчетах не участвует ввиду пренебрежительно малого значения.

Таким образом, чем дальше находится точка повреждения от шин подстанции, где установлена ТО, тем сопротивление больше, а ток КЗ меньше. Зачастую, ТО работает не на всей длине линии, а лишь на ее участке, как это показано на рисунке. При повреждении в точке М, защита не работает, так как не соблюдается условие Iсз˂Ik(M).

Отсечки применяются для защиты тупиковых и транзитных линий. Трансформаторы тока, питающие цепи ТО должны работать с погрешностью не более 10%, для обеспечения заданной зоны срабатывания защиты.

Как уже было сказано выше, ТО не должна срабатывать при повреждениях на шинах подстанции В. Для этого должно быть соблюдено условие:

Iсз ˃kн*Ik(M);

где kн – коэффициент надежности. Учитывает погрешность при расчетах аварийных режимов и погрешность срабатывания токового реле. Для реле типа РТ принимается равным 1,2-1,3, для РТ-80 и РТ-90 с повышенной погрешностью принимают с запасом 1,5.

Схемы ТО без промежуточных реле имеют время срабатывания порядка времени одного периода (0,02 сек), это значит, что при расчетах следует учитывать величину тока апериодической составляющей. Для этого Ik(M)максумножают на коэффициент ka равный 1,6–1,8.

В схемах с промежуточным реле, время срабатывания защиты увеличивается до 0,06–0,08 сек, и апериодическую составляющую можно уже не учитывать.

Изменчивость режима работы электрических сетей накладывает отпечаток на работу устройств РЗА. Так например, от состава включенного оборудования (трансформаторов, генераторов, линий электропередач) могут изменяться токи КЗ.

Это следует учитывать при расчетах уставок срабатывания отсечек. На рисунке 2 представлен графический метод определения зоны действия ТО для максимального режима сети 1 и для минимального режима 2. При максимальном режиме зона действия отсечки равна отрезку AN1, для минимального режима – AN2.

Зону действия защиты можно также определить по формуле, %:

Хотс%=(100/Хл)([Ес/Iсз]-Хс);

где Хотс% - зона действия защиты в процентах от сопротивления линии;
Хл – индуктивное сопротивление линии;
Хс – сопротивление системы;
Iсз – ток срабатывания защиты, по условию Iсз ˃kн*Ik(M);

Выбор тока срабатывания для отсечек на линиях с двухсторонним питанием происходит следующим образом. На графике строят совместные характеристики защит обоих концов линии (рисунок 3).

Из условия селективности ток срабатывания должен быть больше тока Iка при КЗ на шинах п/с В, и больше значения Iкв при КЗ на шинах п/с А. В общем случае для линий с двухсторонним питание ТО находится по выражению:

Iсз=kн*Ik.max;

где kн – коэффициент надежности, 1,2–1,3 для реле типа РТ; 1,5 для РТ-80 и РТ-90.

Ik.max – принимается равным Iка или Iкв, в зависимости какое из значений больше.

Характерной особенностью выбора уставок для линий с двухсторонним питанием является отстройка от токов качания. Так как с обеих сторон линии есть генерация, возможен режим асинхронной работы подсистем. В этом случае ТО не должна ложно отключать линии. Для этого Iсз проверяется по условию:

Iсз=kн*I кач.макс;
Iкач.макс=2Е/ХАВ;

где Е – ЭДС генераторов системы. Еа=Ев=Е=1,05Uген;
ХАВ – суммарное сопротивление всех элементов сети на участке АВ включая сверхпереходные сопротивление генераторов А и В;

kн – 1,2–1,3.

Ток срабатывания защиты принимают равным большему, из двух полученных значений. Точка N на графике означает зону срабатывания отсечки установленной на шинах А. Для отсечки шин В зона определяется аналогично.

Отсечки моментального действия защищают лишь часть линии для обеспечения согласованной работы с остальными УРЗА.

Если же требуется быстродействующая защита на всем протяжении линии, применяют ТО с выдержкой времени. Для этого в схему ТО добавляют реле времени (рисунок 4).

Итак, если требуется обеспечить защиту линии АВ в полном объеме, необходимо отстроить ее от отсечки на шинах В. Для этого отсечка линии АВ должна срабатывать на Δt сек позже, отсечки В:

tA=tB+Δt;

В этом случае время срабатывания отсечки А составляет порядка 0,5 сек. Для исключения несанкционированного отключения линии АВ при повреждении в точке К, ток Iсз должен быть проверен по условию:

IсзA=kн*IсзB;

где kн – 1,1–1,2.

В схемах токовых отсечек без реле времени, время срабатывания защиты определяется временем срабатывания токовых и промежуточных реле. Если применяются быстродействующие промежуточные реле (0,02 сек.), то время срабатывания защиты составляет 0,04–0,06 сек.

Применение промежуточных реле облегчает работу контактной системы токовых реле, и позволяет не учитывать в расчетах апериодическую составляющую, так как последняя затухает за 0,02 сек.

В сетях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечки могут срабатывать при их действии. Время срабатывания разрядника 0,01–0,02 сек., поэтому применяя промежуточные реле, можно избежать излишнего отключения линии при работе разрядников.